近日，中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院醫(yī)工所微納系統(tǒng)與仿生醫(yī)學(xué)研究中心研究員陳艷和南加州大學(xué)教授鐘江帆合作，在針對(duì)稀有細(xì)胞樣本的單細(xì)胞測(cè)序技術(shù)方面取得新進(jìn)展。相關(guān)研究成果以Improving single-cell transcriptome sequencing efficiency with a microfluidic phase-switch device 為題在線(xiàn)發(fā)表于《分析學(xué)家》(Analyst)上，并被選為封面論文重點(diǎn)介紹，助理研究員張寶月為該論文的第一作者。

單細(xì)胞測(cè)序技術(shù)是近年來(lái)迅速發(fā)展的生命科學(xué)前沿技術(shù)，它在單細(xì)胞水平揭示細(xì)胞的基因結(jié)構(gòu)和基因表達(dá)狀態(tài)，反映細(xì)胞間的異質(zhì)性，為生命科學(xué)的研究提供了獨(dú)特的視角。近年來(lái)，單細(xì)胞測(cè)序技術(shù)在腫瘤、發(fā)育生物學(xué)、微生物學(xué)、神經(jīng)科學(xué)等領(lǐng)域發(fā)揮著重要的作用，成為了生命科學(xué)極具潛力的熱點(diǎn)研究工具。常規(guī)的商品化平臺(tái)如10X Genomics、BD Rhapsody等系統(tǒng)主要適用于大規(guī)模細(xì)胞的分離和建庫(kù)，但對(duì)于數(shù)目極其稀少的一些珍貴樣本，例如循環(huán)腫瘤細(xì)胞、胚胎干細(xì)胞等，其單細(xì)胞的高效捕獲和測(cè)序前處理仍然存在著很大的挑戰(zhàn)，傳統(tǒng)的技術(shù)很難避免稀有樣本的損失，也難以在單細(xì)胞層次優(yōu)化建庫(kù)質(zhì)量，滿(mǎn)足深度測(cè)序的需求。

該研究針對(duì)稀有細(xì)胞樣本的分析，提出了一種新穎的方法來(lái)提高單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組測(cè)序的效率，研發(fā)了集成數(shù)十個(gè)細(xì)胞捕獲-操控單元的微流控芯片。在微流控芯片中，結(jié)合流體動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)的微篩結(jié)構(gòu)與單細(xì)胞操控單元集成在一起，可以實(shí)現(xiàn)接近100％的單細(xì)胞捕獲率，并最大程度地減少了細(xì)胞的損失，因此這種獨(dú)特的芯片設(shè)計(jì)非常適合于細(xì)胞數(shù)量有限的生物樣品。微流控芯片中引入了一種新型的液體-凝膠相變策略，可以快速地將單細(xì)胞封裝為皮升級(jí)大小的水凝膠微滴，使其易于操控并保持細(xì)胞活性，有助于實(shí)現(xiàn)后續(xù)的單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組擴(kuò)增反應(yīng)。同時(shí)，單細(xì)胞的轉(zhuǎn)錄組擴(kuò)增在皮升級(jí)的微小反應(yīng)體系中進(jìn)行，可以提高RNA-Seq中的逆轉(zhuǎn)錄效率。通過(guò)這個(gè)新穎的微流體平臺(tái)，科研人員可以同時(shí)捕獲數(shù)十個(gè)人胚胎干細(xì)胞(hESC)，然后通過(guò)芯片中的精準(zhǔn)微閥操控，獲得數(shù)十個(gè)皮升體積的單細(xì)胞樣本，從而可以方便地構(gòu)建用于深度單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組測(cè)序的高質(zhì)量文庫(kù)。該研究中的單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組測(cè)序數(shù)據(jù)，驗(yàn)證了該方法能夠提高轉(zhuǎn)錄組擴(kuò)增的效率，并獲得高質(zhì)量的cDNA文庫(kù)用于測(cè)序分析。測(cè)序結(jié)果證實(shí)了人胚胎干細(xì)胞H9群落存在較大的異質(zhì)性，并具有廣譜的多能性。

該研究構(gòu)建了一種低成本、穩(wěn)定可靠的微流控平臺(tái)，可以實(shí)現(xiàn)高效的單細(xì)胞測(cè)序前處理，為單細(xì)胞測(cè)序的臨床應(yīng)用，特別是針對(duì)于稀有樣本例如循環(huán)腫瘤細(xì)胞、早期發(fā)育胚胎細(xì)胞的精準(zhǔn)分析，提供了一種全新的思路，有助于科學(xué)家攻克目前液體活檢研究中的關(guān)鍵技術(shù)難點(diǎn)。

微流控單細(xì)胞測(cè)序新技術(shù)

該研究工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金、廣東省干細(xì)胞與組織工程專(zhuān)項(xiàng)、深圳市學(xué)科布局項(xiàng)目、中科院青年創(chuàng)新促進(jìn)會(huì)等的資助。

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